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[carveJwlIkooP6JGAAIwe30JlM.git] / rigidbody.h
index cf258b8282ddcefe10839d69a10f895c906b31ae..845237f2e5e7b3f15ca7b15576da890d5e4557a8 100644 (file)
@@ -1,11 +1,18 @@
-/* SHite fphysics */
+/* 
+ * Resources: Box2D - Erin Catto
+ *            qu3e  - Randy Gaul
+ */
+
+#include "common.h"
+#include "bvh.h"
+
+static void rb_tangent_basis( v3f n, v3f tx, v3f ty );
+static bh_system bh_system_rigidbodies;
 
 #ifndef RIGIDBODY_H
 #define RIGIDBODY_H
 
-#include "vg/vg.h"
-#include "scene.h"
-
+#define RB_DEPR 
 #define k_rb_delta (1.0f/60.0f)
 
 typedef struct rigidbody rigidbody;
@@ -13,7 +20,8 @@ struct rigidbody
 {
    v3f co, v, I;
    v4f q;
-   boxf bbx;
+   boxf bbx, bbx_world;
+   float inv_mass;
 
    struct contact
    {
@@ -21,9 +29,10 @@ struct rigidbody
       v3f t[2];
       float bias, norm_impulse, tangent_impulse[2];
    }
-   manifold[4];
+   manifold[12];
    int manifold_count;
 
+   v3f delta;  /* where is the origin of this in relation to a parent body */
    m4x3f to_world, to_local;
 };
 
@@ -34,6 +43,9 @@ static void rb_update_transform( rigidbody *rb )
    v3_copy( rb->co, rb->to_world[3] );
 
    m4x3_invert_affine( rb->to_world, rb->to_local );
+
+   box_copy( rb->bbx, rb->bbx_world );
+   m4x3_transform_aabb( rb->to_world, rb->bbx_world );
 }
 
 static void rb_init( rigidbody *rb )
@@ -42,6 +54,11 @@ static void rb_init( rigidbody *rb )
    v3_zero( rb->v );
    v3_zero( rb->I );
 
+   v3f dims;
+   v3_sub( rb->bbx[1], rb->bbx[0], dims );
+
+   rb->inv_mass = 1.0f/(8.0f*dims[0]*dims[1]*dims[2]);
+
    rb_update_transform( rb );
 }
 
@@ -94,7 +111,14 @@ static void rb_tangent_basis( v3f n, v3f tx, v3f ty )
    v3_cross( n, tx, ty );
 }
 
-static void rb_build_manifold( rigidbody *rb, scene *sc )
+#include "world.h"
+
+static void rb_manifold_reset( rigidbody *rb )
+{
+   rb->manifold_count = 0;
+}
+
+static void rb_build_manifold_terrain( rigidbody *rb )
 {
    v3f *box = rb->bbx;
    v3f pts[8]; 
@@ -120,7 +144,7 @@ static void rb_build_manifold( rigidbody *rb, scene *sc )
    m4x3_mulv( rb->to_world, p110, p110 );
    m4x3_mulv( rb->to_world, p111, p111 );
 
-   rb->manifold_count = 0;
+   int count = 0;
 
    for( int i=0; i<8; i++ )
    {
@@ -128,9 +152,16 @@ static void rb_build_manifold( rigidbody *rb, scene *sc )
       struct contact *ct = &rb->manifold[rb->manifold_count];
       
       v3f surface;
-
       v3_copy( point, surface );
-      bvh_scene_sample( sc, surface, ct->n );
+      surface[1] += 4.0f;
+
+      ray_hit hit;
+      hit.dist = INFINITY;
+      if( !ray_world( surface, (v3f){0.0f,-1.0f,0.0f}, &hit ))
+         continue;
+
+      v3_copy( hit.normal, ct->n );
+      v3_copy( hit.pos, surface );
 
       float p = vg_minf( surface[1] - point[1], 1.0f );
 
@@ -150,7 +181,8 @@ static void rb_build_manifold( rigidbody *rb, scene *sc )
          ct->tangent_impulse[1] = 0.0f;
 
          rb->manifold_count ++;
-         if( rb->manifold_count == 4 )
+         count ++;
+         if( count == 4 )
             break;
       }
    }
@@ -158,7 +190,7 @@ static void rb_build_manifold( rigidbody *rb, scene *sc )
 
 static void rb_constraint_manifold( rigidbody *rb )
 {
-   float k_friction = 0.07f;
+   float k_friction = 0.1f;
 
    /* Friction Impulse */
    for( int i=0; i<rb->manifold_count; i++ )
@@ -214,6 +246,50 @@ static void rb_constraint_manifold( rigidbody *rb )
    }
 }
 
+struct rb_angle_limit
+{
+   rigidbody *rba, *rbb;
+   v3f axis;
+   float impulse, bias;
+};
+
+static int rb_angle_limit_force(  rigidbody *rba, v3f va, 
+                                  rigidbody *rbb, v3f vb,
+                                  float max )
+{
+   v3f wva, wvb;
+   m3x3_mulv( rba->to_world, va, wva );
+   m3x3_mulv( rbb->to_world, vb, wvb );
+
+   float dt = v3_dot(wva,wvb)*0.999f,
+        ang = fabsf(dt);
+   ang = acosf( dt );
+   if( ang > max )
+   {
+      float correction = max-ang;
+
+      v3f axis;
+      v3_cross( wva, wvb, axis );
+      
+      v4f rotation;
+      q_axis_angle( rotation, axis, -correction*0.25f );
+      q_mul( rotation, rba->q, rba->q );
+
+      q_axis_angle( rotation, axis,  correction*0.25f );
+      q_mul( rotation, rbb->q, rbb->q );
+
+      return 1;
+   }
+
+   return 0;
+}
+
+static void rb_constraint_angle_limit( struct rb_angle_limit *limit )
+{
+
+}
+
+RB_DEPR
 static void rb_constraint_angle( rigidbody *rba, v3f va,
                                  rigidbody *rbb, v3f vb, 
                                  float max, float spring )
@@ -248,11 +324,26 @@ static void rb_constraint_angle( rigidbody *rba, v3f va,
    }
 }
 
+static void rb_relative_velocity( rigidbody *ra, v3f lca,
+                                  rigidbody *rb, v3f lcb, v3f rcv )
+{
+   v3f wca, wcb;
+   m3x3_mulv( ra->to_world, lca, wca );
+   m3x3_mulv( rb->to_world, lcb, wcb );
+
+   v3_sub( ra->v, rb->v, rcv );
+
+   v3f rcv_Ra, rcv_Rb;
+   v3_cross( ra->I, wca, rcv_Ra );
+   v3_cross( rb->I, wcb, rcv_Rb );
+   v3_add( rcv_Ra, rcv, rcv );
+   v3_sub( rcv, rcv_Rb, rcv );
+}
+
 static void rb_constraint_position( rigidbody *ra, v3f lca,
                                     rigidbody *rb, v3f lcb )
 {
    /* C = (COa + Ra*LCa) - (COb + Rb*LCb) = 0 */
-
    v3f wca, wcb;
    m3x3_mulv( ra->to_world, lca, wca );
    m3x3_mulv( rb->to_world, lcb, wcb );
@@ -273,20 +364,29 @@ static void rb_constraint_position( rigidbody *ra, v3f lca,
    v3_cross( rb->I, wcb, rcv_Rb );
    v3_add( rcv_Ra, rcv, rcv );
    v3_sub( rcv, rcv_Rb, rcv );
+
+   float nm = 0.5f/(rb->inv_mass + ra->inv_mass);
+
+   float mass_a = 1.0f/ra->inv_mass,
+         mass_b = 1.0f/rb->inv_mass,
+         total_mass = mass_a+mass_b;
    
    v3f impulse;
-   v3_muls( rcv, 0.5f, impulse );
-   v3_add( impulse, rb->v, rb->v );
+   v3_muls( rcv, 1.0f, impulse );
+   v3_muladds( rb->v, impulse, mass_b/total_mass, rb->v );
    v3_cross( wcb, impulse, impulse );
    v3_add( impulse, rb->I, rb->I );
 
-   v3_muls( rcv, -0.5f, impulse );
-   v3_add( impulse, ra->v, ra->v );
+   v3_muls( rcv, -1.0f, impulse );
+   v3_muladds( ra->v, impulse, mass_a/total_mass, ra->v );
    v3_cross( wca, impulse, impulse );
    v3_add( impulse, ra->I, ra->I );
 
-
 #if 0
+   /*
+    * this could be used for spring joints
+    * its not good for position constraint
+    */
    v3f impulse;
    v3_muls( delta, 0.5f*spring, impulse );
 
@@ -345,4 +445,148 @@ static void rb_debug( rigidbody *rb, u32 colour )
    vg_line( p100, p010, colour );
 }
 
+/*
+ * out penetration distance, normal
+ */
+static int rb_point_in_body( rigidbody *rb, v3f pos, float *pen, v3f normal )
+{
+   v3f local;
+   m4x3_mulv( rb->to_local, pos, local );
+
+   if( local[0] > rb->bbx[0][0] && local[0] < rb->bbx[1][0] &&
+       local[1] > rb->bbx[0][1] && local[1] < rb->bbx[1][1] &&
+       local[2] > rb->bbx[0][2] && local[2] < rb->bbx[1][2] )
+   {
+      v3f area, com, comrel;
+      v3_add( rb->bbx[0], rb->bbx[1], com );
+      v3_muls( com, 0.5f, com );
+
+      v3_sub( rb->bbx[1], rb->bbx[0], area );
+      v3_sub( local, com, comrel );
+      v3_div( comrel, area, comrel );
+
+      int axis = 0;
+      float max_mag = fabsf(comrel[0]);
+      
+      if( fabsf(comrel[1]) > max_mag )
+      {
+         axis = 1;
+         max_mag = fabsf(comrel[1]);
+      }
+      if( fabsf(comrel[2]) > max_mag )
+      {
+         axis = 2;
+         max_mag = fabsf(comrel[2]);
+      }
+      
+      v3_zero( normal );
+      normal[axis] = vg_signf(comrel[axis]);
+
+      if( normal[axis] < 0.0f )
+         *pen = local[axis] - rb->bbx[0][axis];
+      else
+         *pen = rb->bbx[1][axis] - local[axis];
+
+      m3x3_mulv( rb->to_world, normal, normal );
+      return 1;
+   }
+
+   return 0;
+}
+
+static void rb_build_manifold_rb_static( rigidbody *ra, rigidbody *rb_static )
+{
+   v3f verts[8];
+
+   v3f a, b;
+   v3_copy( ra->bbx[0], a );
+   v3_copy( ra->bbx[1], b );
+   
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ a[0], a[1], a[2] }, verts[0] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ a[0], b[1], a[2] }, verts[1] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ b[0], b[1], a[2] }, verts[2] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ b[0], a[1], a[2] }, verts[3] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ a[0], a[1], b[2] }, verts[4] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ a[0], b[1], b[2] }, verts[5] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ b[0], b[1], b[2] }, verts[6] );
+       m4x3_mulv( ra->to_world, (v3f){ b[0], a[1], b[2] }, verts[7] );
+
+   int count = 0;
+
+   for( int i=0; i<8; i++ )
+   {
+      if( ra->manifold_count == vg_list_size(ra->manifold) )
+         return;
+
+      struct contact *ct = &ra->manifold[ ra->manifold_count ];
+      
+      float p;
+      v3f normal;
+
+      if( rb_point_in_body( rb_static, verts[i], &p, normal ))
+      {
+         v3_copy( normal, ct->n );
+         v3_muladds( verts[i], ct->n, p*0.5f, ct->co );
+         v3_sub( ct->co, ra->co, ct->delta );
+
+         vg_line_pt3( ct->co, 0.0125f, 0xffff00ff );
+         
+         ct->bias = -0.2f * (1.0f/k_rb_delta) * vg_minf( 0.0f, -p+0.04f );
+         rb_tangent_basis( ct->n, ct->t[0], ct->t[1] );
+
+         ct->norm_impulse = 0.0f;
+         ct->tangent_impulse[0] = 0.0f;
+         ct->tangent_impulse[1] = 0.0f;
+
+         ra->manifold_count ++;
+         count ++;
+         if( count == 4 )
+            return;
+      }
+   }
+}
+
+/*
+ * BVH implementation, this is ONLY for static rigidbodies, its to slow for
+ * realtime use.
+ */
+
+static void rb_bh_expand_bound( void *user, boxf bound, u32 item_index )
+{
+   rigidbody *rb = &((rigidbody *)user)[ item_index ];
+   box_concat( bound, rb->bbx_world );
+}
+
+static float rb_bh_centroid( void *user, u32 item_index, int axis )
+{
+   rigidbody *rb = &((rigidbody *)user)[ item_index ];
+   return (rb->bbx_world[axis][0] + rb->bbx_world[1][axis]) * 0.5f;
+}
+
+static void rb_bh_swap( void *user, u32 ia, u32 ib )
+{
+   rigidbody temp, *rba, *rbb;
+   rba = &((rigidbody *)user)[ ia ];
+   rbb = &((rigidbody *)user)[ ib ];
+
+   temp = *rba;
+   *rba = *rbb;
+   *rbb = temp;
+}
+
+static void rb_bh_debug( void *user, u32 item_index )
+{
+   rigidbody *rb = &((rigidbody *)user)[ item_index ];
+   rb_debug( rb, 0xff00ffff );
+}
+
+static bh_system bh_system_rigidbodies =
+{
+   .expand_bound = rb_bh_expand_bound,
+   .item_centroid = rb_bh_centroid,
+   .item_swap = rb_bh_swap,
+   .item_debug = rb_bh_debug,
+   .cast_ray = NULL
+};
+
 #endif /* RIGIDBODY_H */